腐蚀是一个全球性的挑战,设计工程师必须解决,以减少设备整个生命周期的故障。的电化学反应这将导致数十亿美元的直接和间接成本,如果不能妥善管理或预防,可能会导致灾难性事件。
维修和更换腐蚀的系统产生的直接费用,而间接费用产生于物理和环境影响与腐蚀有关的故障。
有效的腐蚀控制要求设计人员在设计阶段的早期阶段集成度量。通过与材料科学家作为可靠性和维护专家,设计人员应设计可靠的和经济有效的部件或设备,以提供预期的服务使用寿命.
了解腐蚀的原因和类型对于决定适合的材料和漆面以适应特定的环境非常重要。
腐蚀控制中的设计决策
腐蚀是一个复杂的问题,它是由多种竞争因素引起的,这些因素因应用而异。腐蚀的实际速率、位置和程度取决于环境、设备设计、冶金和几何形状。
由于缺乏准确的数据和不断变化的环境因素,很难获得准确的数据腐蚀速率,尤其是在新设备和新环境中。实验室试验有时用于测试和预测在一定环境下的腐蚀过程。(要了解更多关于腐蚀测试的知识,请阅读腐蚀评估:帮助工程师减轻腐蚀的8个腐蚀测试.)
的材料,腐蚀防护方法应用方法是设计要素,应全面评估,并有效和经济地应用。预期寿命,腐蚀风险,以及是否在制造过程中集成控制措施或实施预防性维护在整个设备的使用寿命中,都必须进行平衡,以确保设计的可靠性和经济性。
为了有效地控制腐蚀,必须考虑以下因素:
- 腐蚀的原因
- 环境
- 类型的腐蚀
- 材料
- 设计细节
- 成本
腐蚀的原因
腐蚀是一种电化学反应,只要有以下物质存在就会发生:
由于其功能和可行性,排除原因在实践中可能受到限制。由于成本、重量和功能问题,可能不可能避免不同的金属接触。然而,表面处理,电镀,涂层、绘画和密封可以最小化腐蚀电位.另一方面,水是无法避免的,但可以通过排水孔来控制,密封剂、排水通道及防蚀化合物。
环境
使用环境、腐蚀加速因素的存在以及与设计相关的腐蚀微环境都应在早期考虑。
常见的腐蚀环境可能包含以下一种或几种:
- 水
- 氧气
- 二氧化碳
- 硫化氢
- 酸
- 细菌
增加腐蚀速率的因素包括:
严重的环境需要提前注意力和足够的步骤,以确保设备在其使用寿命中的可持续性。设计成本随着环境变得更严重而增加。
类型的腐蚀
不同形式的腐蚀存在;其类型和严重程度取决于多种因素,包括材料、环境和应用。设计师应该意识到腐蚀类型可能发生在特定环境下的基于材料和工艺,并因此整合有效的控制措施。
常见的腐蚀类型包括:
材料
的材料选择是降低腐蚀风险的关键,合适的材料应该基于应用、环境分析、成本和可用的腐蚀保护方法。其他因素包括重量、设备的物理和化学特性,以及不同材料之间的潜在相互作用。(有关选择最佳材料的更多信息,请参阅新材料科学研究对未来腐蚀控制的启示.)
根据环境的不同,材料可能处于被动或反应状态。因此,了解使用环境对于确定无源金属是否在其整个使用寿命中保持所需状态而不成为有源金属是很重要的。
金属具有天然抗腐蚀能力的钝化状态的例子包括空气中的不锈钢和铝,以及硝酸中的铁。另一方面,铝在滞水中会变得有活性而被腐蚀,而铁在滞水中会被腐蚀大气和海洋环境条件。
腐蚀控制
在设计、运输、安装、搬运和集成等各个阶段均应采取腐蚀控制措施。应保护材料表面,并考虑连接,焊接、缝隙、相邻材料、排水等因素。设计人员应包括在使用中清洗、检查、涂层和防腐化合物的再应用。
正确的材料选择,设计和制造细节,精加工,电镀,排水,密封,电耦合在材料方面,使用缓蚀化合物和适当的在用腐蚀控制程序都是腐蚀控制的关键因素:
- 材料-应尽可能使用钝化金属,并增加保护,如当金属有发生反应的风险时应用涂层。
- 密封胶——当无法避免液体时,应正确排水,并使用密封胶避免液体进入。
- 表面处理-适当的表面处理和涂层是控制腐蚀的有效手段。
- 排水-防止流体被困在裂缝中。
- 材料的电耦合。设计应避免耦合不同的材料,除非由于重量、经济和功能方面的考虑。当需要异种金属联轴器时,应采用适当的精加工、密封和其他腐蚀控制方法。
- 使用防腐蚀化合物——除了饰面、密封剂和排水设施外,防腐蚀化合物还提供额外的保护,应根据特定的环境定期重新使用。(抑制剂在如何为您的应用选择最佳挥发性缓蚀剂(VCI).)
- 消除其他环境因素——这是通过保持pH值、控制气体泄漏和泄漏、去除氧气、降低氯化物水平和控制细菌等来实现的污染物.应注意保持安全和均匀分布的温度。物理因素如速度和压力也应保持在可接受的水平,而不影响系统的效率。
- 维护通道-设备或系统的所有部件都应易于进入,以便进行定期腐蚀检查和日常维护。
- 有效的腐蚀控制程序——设计者应制定有效的在役维护程序和检查。一个全面的控制程序最大限度地保护腐蚀,最大限度地减少与腐蚀相关的维护和停机时间失败.
- 环境问题——设计应确保用于设备、防腐和工艺的材料的质量最低或为零有毒和危险排放到环境中。
结论
了解任何特定环境中各种类型的腐蚀的因素在设计具有适当腐蚀保护的设备中都很重要,这将持续到其生命周期。材料选择,环境和控制措施必须在设计阶段提前解决,以建立最佳和可靠的解决方案。